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专利号: 2024106698025
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种测算大型漂移藻在海域中出现的概率及生物量的方法,其特征在于,包括:S1、利用监测手段获取环境因子和大型漂移藻所在海域的相关数据,结合物候学基本原理,构建大型漂移藻多源时间序列数据库;其中,环境因子包括海水温度、盐度、溶解无机氮、溶解无机磷、溶解有机氮、溶解有机磷、光照强度、光照时间、风向和风速;

S2、基于大型漂移藻多源时间序列数据库,区分易变性环境因子和稳定性环境因子,计算海域中出现大型漂移藻的信息熵,得到设定时间尺度内网格中出现大型漂移藻的概率;

具体内容为:

计算每个网格在设定时间尺度内的多源时间序列数据库中环境因子的变异系数,将变异系数小于50%的环境因子归为稳定性环境因子,将变异系数大于等于50%的环境因子归为易变性环境因子;

利用最大熵分析方法确定大型漂移藻在海域中出现的概率与稳定性环境因子、易变性环境因子的关系,结合环境因子中的海域易变性环境因子空间分布数据库,计算环境因子对网格中大型漂移藻出现的贡献率,得到网格中大型漂移藻出现的概率,具体内容为:设定特征函数fi(xij,yk)表示在出现大型漂移藻的第i个网格中存在第k个环境因子时,大型漂移藻出现在第j个网格中的概率,特征函数集合为C,其中,p

表示条件概率, 表示经验分布的期望值,Ep(fi)表示特征函数的期望值,T表示海水温度,S表示盐度,DIN表示溶解无机氮,DIP表示溶解无机磷,DON表示溶解有机氮,DOP表示溶解有机磷,Lin表示光照强度,Lt表示光照时间,Wd表示风向,Ws表示风速;

当 与特征函数的期望值相等时,得到条件概率分布p(y|x)的信息熵的最大值,即最大熵,具体公式为:其中,H(p)表示最大熵,nx表示在已知海域中大型漂移藻出现的次数,ny表示在已知海域中环境因子出现的次数, 表示在已知海域中大型漂移藻出现的平均概率,p(ny|nx)表示在已知海域中大型漂移藻出现时环境因子出现的概率;

计算所有环境因子对各网格大型漂移藻出现的概率的累计值,并作为环境因子对预测大型漂移藻出现的贡献率,具体公式为:其中,CBk表示第k个环境因子的贡献率;

当第i个网格中出现大型漂移藻时,预测第j个网格中出现大型漂移藻的概率,具体公式为:其中,Pij表示当第i个网格中出现大型漂移藻时第j个网格中出现大型漂移藻的概率,λ0、λn均表示拉格朗日乘子,n表示网格的总数,fi(xij,ωk)表示第i、j个网格中存在大型漂移藻和第k个环境因子集合的概率,xij表示均出现大型漂移藻的第i、j个网格;

S3、利用因果分析方法确定大型漂移藻生长的关键稳定性环境限制因子;具体内容为:基于信息熵,利用因果分析方法解析环境因子中与大型漂移藻生物量变化相关的主导因子,计算最大似然估计,具体公式为:其中,M表示大型漂移藻生物量,y表示环境因子,Ty→M表示大型漂移藻生物量时间序列数据变化与环境因子时间序列数据变化是否具有因果关系的判据,CMM表示大型漂移藻生物量时间序列数据间的协方差,CMy表示大型漂移藻生物量时间序列数据与环境因子时间序列数据的协方差,Cy,d1表示环境因子时间序列数据与大型漂移藻生物量时间序列数据经过前差构成的新序列的协方差, 表示CMy的平方,CM,d1表示大型漂移藻生物量时间序列数据间经过前差构成的新序列的协方差, 表示CMM的平方,Cyy表示环境因子时间序列数据间的协方差;

根据最大似然估计,当Ty→M≠0时的环境因子为关键稳定性环境限制因子;

S4、分析关键稳定性环境限制因子对大型漂移藻生物量增长的影响,构建大型漂移藻生长模型;

S5、利用大型漂移藻生长模型,计算设定时间尺度内各网格大型漂移藻生物量的增长量;完成大型漂移藻在海域中出现的概率及生物量增长的测算。

2.根据权利要求1所述的测算大型漂移藻在海域中出现的概率及生物量的方法,其特征在于,步骤S1中,构建大型漂移藻多源时间序列数据库包括以下内容:根据大型漂移藻打捞工作分配要求,对目标海域实施网格化,获取相应的经纬度信息,即出现大型漂移藻的海域的相关数据,利用桩基基础设施、定点观测浮标、水质观测仪器、通道荧光传感器和监测手段,在线实时采集环境因子;

在网格格点插值环境因子,并利用邻近法将出现大型漂移藻的海域的相关数据归到最近网格内,完成大型漂移藻多源时间序列数据库的构建。

3.根据权利要求1所述的测算大型漂移藻在海域中出现的概率及生物量的方法,其特征在于,步骤S4中,构建大型漂移藻生长模型包括以下内容:大型漂移藻生长速率的表达式为:

其中,M表示大型漂移藻生物量, 表示大型漂移藻生长速率,t表示时间,vs表示大型漂移藻同化速率,v's表示大型漂移藻异化速率,ωw表示关键稳定性环境限制因子参数集,Q()表示生长函数;

采集近海大型漂移藻,选择健康藻体进行预处理,与关键稳定性环境限制因子一起培养,观察该限制因子的水平变化,得到大型漂移藻生物量增长与限制因子水平的关系,具体表达式为:vs=Q1(N,α)

v's=Q2(N,β)

其中,N表示关键稳定性环境限制因子的总数,Q1()表示大型漂移藻同化速率的生长函数,Q2()表示大型漂移藻异化速率的生长函数,α表示同化速率的生长函数参数集,β表示异化速率的生长函数参数集;

得到大型漂移藻生长模型,具体表达式为:

其中,ω表示环境因子参数集。

4.根据权利要求3所述的测算大型漂移藻在海域中出现的概率及生物量的方法,其特征在于,步骤S5中,计算大型漂移藻生物量的增长量包括以下内容:结合关键稳定性环境限制因子空间分布数据库,将已知网格的初始大型漂移藻生物量输入到大型漂移藻生长模型中,计算第j个网格中大型漂移藻的生长速率,获得网格中大型漂移藻生物量在设定时间尺度内的增长量,具体公式为:其中,Mj表示第j个网格中大型漂移藻生物量,Mi表示第i个网格中已知的大型漂移藻生物量,th表示设定的时间尺度。

5.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项测算大型漂移藻在海域中出现的概率及生物量的方法的步骤。

6.一种计算机可读的存储介质,所述计算机可读的存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器运行时执行所述权利要求1至4中任一项测算大型漂移藻在海域中出现的概率及生物量的方法。